模電課程設計循環(huán)彩燈

1、鄭州科技學院模擬電子技術課程設計任務書專業(yè) 12電科 班級 1班 學號 201231012 姓名 趙永巖 一、設計題目 循環(huán)彩燈控制電路 二、設計任務與要求1. 采用直流12V電壓供電；2. 電路中設有控制開關，當開關閉合時，電路中藍、綠兩種顏色的發(fā)光二極管按某種規(guī)律發(fā)光，呈現(xiàn)彩燈效果，若開關斷開，則發(fā)光二極管不亮；3. 使用分立元件設計電路。三、參考文獻1 芮靜康. 實用電工典型線路圖利. 北京 ：中國水利水電出版社. 20072 陳有卿. 實用燈光控制電路300例. 北京：中國電力出版社. 20053 王俊峰. 你問我答學電工. 陜西：電子工業(yè)出版社. 20074 曾建唐. 電工電子基礎實

2、踐教程. 北京：機械工業(yè)出版社. 20027 阮祁忠、蔡聲鎮(zhèn). 數(shù)字電路指南. 福建：福建科學技術出版社. 20078 康華光. 電子技術基礎. 北京：高等教育出版社. 1994四、設計時間 2014 年 4 月 18 日 至 2014 年 4月 25 日指導教師簽名： 專業(yè)負責人簽名： 2014年4月18日鄭州科技學院模擬電子技術課程設計題 目 循環(huán)彩燈控制電路 學生姓名 趙永巖 專業(yè)班級 12 級電科 學 號 201231012 院 （系） 電氣工程學院 指導教師 邵峰 完成時間 2014 年4月25日 目 錄4號宋體加粗1 課程設計的目的12 課程設計的任務與要求1頁碼5號Times n

3、ew Roman字體，右對齊2.1 設計任務12.2 設計要求13 設計方案與論證23.1 方案選擇與論證23.2 循環(huán)彩燈控制電路的原理方框圖24 設計原理與功能說明34.1 元器件選用原理34.2 總體電路圖85 單元電路設計95.1 單橋式整流電路電路95.2 濾波電路105.3 自激多諧振蕩電路116 硬件的制作與調(diào)試126.1 焊接的注意事項126.2 電子產(chǎn)品的調(diào)試與仿真137 總結(jié)147.1 實訓報告157.2 安裝與使用16參考文獻17附錄一：總體電路原理圖18附錄二：元器件清單.191 課程設計的目的 通過這次模擬電子理論設計和實物制作解決相應的實際問題，鞏固和運用在模擬電子

4、技術中所學的理論知識和實驗技能，掌握常用模擬電路的一般設計方法，提高設計能力和實踐動手能力，為以后從事電子電路設計、研發(fā)電子產(chǎn)品打下良好的基礎。1、學習循環(huán)彩燈控制電路的設計方法；一級節(jié)標題為1.1，1.2，1.3，小3號黑體2、研究循環(huán)彩燈控制電路的設計方案；3、掌握單橋式整流電路的原理和振蕩電路的原理；正文部分：文字小4號，中文宋體；英文和數(shù)字Times New Roman1.5倍行距4、掌握三極管管腳極性的判斷方法；5、焊接的注意事項。2 課程設計的任務與要求2.1 設計任務設計一個應用三極管，二極管以及電容電阻利用單橋式整流電路的原理和振蕩電路原理制成的循環(huán)彩燈控制電路。2.2 設計要

5、求1. 采用直流12V電壓供電；2. 電路中設有控制開關，當開關閉合時，電路中藍、綠兩種顏色的發(fā)光二極管按某種規(guī)律發(fā)光，呈現(xiàn)彩燈效果，若開關斷開，則發(fā)光二極管不亮；3. 使用分立元件設計電路。3 設計方案與論證3.1 方案選擇與論證方案一：選用集成芯片控制集成芯片控制彩燈電路直流穩(wěn)壓電源220V交流電壓圖3-1 集成芯片控制原理圖方案二：選用單片片及控制單 片機的控制彩燈電路直流穩(wěn)壓電源220V交流電壓圖3-2 單片片及控制原理圖方案三：選用自激振蕩電路 彩燈電路自激多諧震蕩直流穩(wěn)壓電源220V交流電壓圖3-4 自激振蕩電路控制原理圖 綜合以上三種方案：方案一中運用的是集成芯片對電路進行控制，

6、但是這樣。此種電路能在模擬仿真軟件上運行，且實驗室里不一定有現(xiàn)成的芯片，還不能徹底理解電路的原理，故不選此方案。方案二運用的是單片機控制電路，這種方案最常用，但是要編程序做成芯片，但現(xiàn)在還沒學單片機，故不支持用此種做法。方案三運用的是模擬電子的知識，所有原器件都能在實驗室找到，結(jié)構清晰，原理易懂。因此，最終確定的方案為方案三和各步驟的方案如下：1. 運用二極管組成單相橋式整流電路。2. 電容濾波電路。3. 用三塊三極管搭成自激多諧振蕩器，達到交替導通和截止的目的。4. 組成彩燈電路。3.2 循環(huán)彩燈控制電路的原理方框圖彩燈電路自激多諧振蕩器直流穩(wěn)壓電源220V交流電壓圖3-3 電路原理方框圖

7、該原理是先輸出220V的交流電壓，然后再由變壓器輸出直流點，交流電通過變壓器以及電橋式整流電路從而輸出直流電，然后電流通過自激多諧振蕩電路電路，自激多諧振蕩電路中的三極管由于電容的充放電從而起到開關作用控制燈的循環(huán)亮滅，這就是循環(huán)彩燈控制電路的原理圖。4 設計原理與功能說明4.1 元器件選用原理（1）三極管的選用：由于這次是模擬電子設計，三極管的作用是至關重要的，三極管是由晶體管和三個支架組成的，晶體管是由兩個相距很近、有一定聯(lián)系的背靠背的PN結(jié)，外加電極、管殼封裝而成。由于兩個PN結(jié)在一定條件下，它們之間的載流子運動是相互影響的，因而它具有電流放大作用。 本次設計選用兩個NPN型硅管VT1、

8、VT2,制作時需判斷三極管管腳的極性。NPN型管判斷管腳極性的方法是：先判斷基極的極性：假設晶體管的某一管腳為基極，將萬用表轉(zhuǎn)換開關置于電阻檔“R1K”或“R100”，用萬用表黑筆接觸該極，用紅筆分別觸及剩下的兩個管腳。若兩次測量的電阻值都很小，則說明表內(nèi)電源對晶體三極管的兩個PN結(jié)是正偏，假設的管腳為基極，且該管為NPN型管。要想進一步確定兩個PN結(jié)的質(zhì)量，可用紅筆接觸該管腳，用黑筆分別觸及另外兩管腳，兩次測得的電阻均很大（幾十千歐至幾百千歐），則可確認前面的判斷是正確的。集電極與發(fā)射極的判別：將萬用表的紅、黑表筆分別接觸基極以外的兩管腳，并準備一支100K的固定電阻。若被檢測的是NPN型管

9、，假設基極之外的任一管腳為集電極，用萬用表的黑表筆接觸該極，用紅表筆觸及剩余管腳，同時用100K電阻跨接于黑表筆與基極之間，如圖25所示。觀 在使用時，輸入功率最好不要超過標稱功率太多，以防損壞。萬用表R1電阻檔測試揚聲器，若有咯咯聲發(fā)出說明基本上能用。測出的電阻值是直流電阻值，比標稱阻抗值要小，是正?，F(xiàn)象。察表針的讀數(shù)，可獲得一電阻值R1。然后交換表筆，100K電阻仍然跨接于黑表筆與基極之間，同樣得到又一電阻值R2。比較兩次測得的阻值，若R1R2，則假設的管腳為集電極。若R1R2,則假設的管腳不是集電極而是發(fā)射集。由此可推出第三個管腳的極性?？傊?，用上述方法辨別（100K電阻一直跨接于黑表筆

10、與基極之間）管腳，測得的阻值較小的一次，黑表筆對應的是集電極c，紅表筆對應的則是發(fā)射極e。在測試中，如果檢測者身邊沒有100K的電阻，也可以用潮濕的手指捏住集電極與基極之間，利用人體電阻代替100K電阻的作用，也可作出相應的判斷。察表針的讀數(shù)，可獲得一電阻值R1。然后交換表筆，100K電阻仍然跨接于黑表筆與基極之間，同樣得到又一電阻值R2。比較兩次測得的阻值，若R1R2，則假設的管腳為集電極。若R1R2,則假設的管腳不是集電極而是發(fā)射集。由此可推出第三個管腳的極性?？傊?，用上述方法辨別（100K電阻一直跨接于黑表筆與基極之間）管腳，測得的阻值較小的一次，黑表筆對應的是集電極c，紅表筆對應的則是

11、發(fā)射極e。在測試中，如果檢測者身邊沒有100K的電阻，也可以用潮濕的手指捏住集電極與基極之間，利用人體電阻代替100K電阻的作用，也可作出相應的判斷。圖4-1 用萬用表測三極管的極性連接三極管時，必須滿足三極管的放大條件：Je正偏UBE0，Jc反偏UBC0。在三極管Je正偏、Jc反偏的條件下，處在放大狀態(tài)的NPN型管，不論采用哪種連接方法，均為集電極電位最高，發(fā)射極電位最低，而基極電位稍高于發(fā)射極電位。這樣就可以判斷集電極，發(fā)射極，基極。（2）電容的選用：電容的分類有很多種，其中按照電解質(zhì)來分類的話大致分為以下幾種：有機介質(zhì)電容器、無機介質(zhì)電容器、電解電容器和空氣介質(zhì)電容器等。低頻中使用的范圍

12、較寬，可以使用高頻特性比較差的；但是在高頻電路中就有很大的限制，一旦選擇不當會影響電路的整體工作狀態(tài)。一般的電源里用的有電解電容、和瓷片電容、但是在高頻中就要使用云母等價格較貴的電容，就不可以使用絳綸的電容，和電解的電容，因為它們在高頻情況下會形成電感，以致影響電路的工作精度。由于我們的電路的電壓較小所以我們選擇了電解電容器。4.2 總體電路圖總電路圖是由單相橋圖連接而成。式整流電路.電容濾波電路和自激多諧振蕩電路三組電路：圖4-2 彩燈控制總電路圖 該電路由電容濾波電路.單相橋式整流電路和自激振蕩電路組成，市網(wǎng)電壓220V電壓加到電路上，經(jīng)VD2形成半波整流，給C1-C3充電，當期電壓達到一

13、定時，VT1導通, 由于晶體管參數(shù)的差異合上電源后，例如晶體管VT1先導通，則其集電極中燈X1，X2發(fā)光，同時二極管V1導通,使VT2基極被鉗住而截至。VT1導通后，電容C1通過V3，VT3放電，使VT1截止，而VT2又因電容C2的充電而導通。這樣也就使的電路中的的一個連接一個的發(fā)光.熄滅,使得電路具有流動性。5 單元電路設計5.1 單橋式整流電路電路單相橋式整流電路： 圖5-1 單相橋式整流電路電路圖單相橋式整流電路，有電源變壓器T,整流二極管VD1,VD2,VD3,VD4，和負載Rl, 組成， 與全波整流電路一樣，變壓器將電網(wǎng)交流電壓轉(zhuǎn)化成整流電路所需的交流電壓，設U2=1.414U2si

14、nwt。當電流電壓處于U2的正半周時變壓器的二次繞組的a端電壓高于b端電壓VD1, VD3,在正向電壓作用下導通，VD2,VD4在反向電壓下截止，電流從變壓器的二次繞組的a端發(fā)出，經(jīng)VD1, Rl, VD3,由b端返回構成通路。有電流流過負載電阻Rl，輸出電壓U0= U2。當電源電壓U2的負半周時，變壓器二次繞組的b端電位高于a端電位，VD4, VD2, 在正向電壓作用下導通，VD1, VD3,在反向電壓作用下截止，電流從變壓器二次繞組的 b端出發(fā)，經(jīng)VD2, Rl,VD4回到a端。有電流通過負載Rl，輸出電壓U0= U2。由此可見，在交流電壓U2的整個周期內(nèi)，整流器件在正，負半周期內(nèi)各導通一

15、次，負載Rl始終有電流流過而且保持為同一方向，得到兩個半波電壓和電流。所以，橋式整流電路為電路整流再好不過了。第二個暫穩(wěn)態(tài)C2放電：C1充電：不斷循環(huán)往復，便形成了自激振蕩，發(fā)光二級管便會交替發(fā)光。5.2 濾波電路 圖5-2 電容濾波電路電容濾波電路就是在負載兩端并聯(lián)一只電容組成。整流后的波形含有直流和交流兩種成分，題目中需要直流電，則必須把交流成分濾掉，電容器是一種儲能元件，具有吞吐能量的能力。電容器具有通交流.隔直流的特性，電容濾波電正是利用這一特性，利用電容充.放電方法，把整流后的交流成分短路濾掉。在電源的正半周，二級管道通，一方面給負載Rl供電；另一方面對電容器C進行充電。充電時間常數(shù)

16、T1=2RdC,其中Rd為二極管的正向?qū)娮?，其值非常小，充電電壓Uc與上升的正弦電壓U2一致，U0=UcU2，當Uc充電到U2的最大值1.414U2時，U2開始下降，且下降速率加快。當U2Uc時，4個二極管均截止，電容C經(jīng)負載Rl放電，放電時間常數(shù)T2=RlC故放電較慢。圖5-3 電容濾波電路前后的電壓波形圖5.3 自激多諧振蕩電路 自激多諧振蕩電路由6只電阻、三只電容、三只二極管和三只三極管組成，R1=R2=R3=51千歐姆,R4=R5=R6=51歐姆, C1=C2=C3=47微法；三只二極管的型號是1N4001,三只三極管型號為：2N222A。圖5-4 自激多諧振蕩電路圖自激多諧振蕩電

17、路主要由Q1Q3組成，他們組成三級共發(fā)射極電路放大器，由于電容C1C3的耦合作用而產(chǎn)生振蕩，電路振蕩后三極管Q1Q3均處于開關工作狀態(tài)，并在導通狀態(tài)與截止狀態(tài)之間進行周期性翻轉(zhuǎn)。但在任何時刻總有一只三極管處于導通狀態(tài)，另兩只三極管處于截止狀態(tài)。此時若導通的那一路是Q3路，則電容C3開始放電，電容C2開始充電達到能導通D2時，X5,X6就熄滅了，X3,X4就閃爍了，以此類推，三路燈依次循環(huán)不停的閃爍。由于主控電路的三只三極管的開關狀態(tài)不斷翻轉(zhuǎn)，所以三路彩燈X1X6也就依次點亮與熄滅。6 電子產(chǎn)品的調(diào)試與仿真6.1電路的仿真1.按照上述總電路圖在multisim11連接電路。2.改變電路中的參數(shù)對

18、燈的閃爍頻率進行改變。3.利用抓圖記錄電路中每一路燈的閃爍情況。圖6-1 EDA調(diào)試電路圖 仿真圖畫好運行以后，先是綠燈亮，藍燈滅，然后是綠燈滅，藍燈亮，如此循環(huán)交替，我們的循環(huán)控制電路成功了。由于我們之前并沒有使用過仿真軟件所以導致我們的仿真花了一些時間，最后在同學及老師的幫助之下我們成功的完成了電路的仿真，并且也學會了仿真軟件的應用，真是一舉兩得7 總結(jié)在這五天的模擬電子課程設計中，老師先給我們介紹各種電子原件，讓我們了解了各種原件的不同以及注意事項，這次課程不僅僅讓我們動了手動了腦，更讓我們體會到了理論與實踐相結(jié)合的重要性，使我又不得不承認理論的重要，我們必須打好基礎。在實驗設計的過程中

19、，讓我們體會到以前從來沒有過的動手能力，以及新穎的思維方式，讓我從中獲益非淺。實驗過程中，剛開始就參看電路指導書，畫出了多電路圖，進行了仿真，但是由于實驗元件選擇的不恰當，是的電燈不能依次閃爍，許但最后用萬用表才得以發(fā)現(xiàn)問題的所在，并在老師的指導下，終于完成了實驗設計，雖然道路艱難，但我們卻也樂在其中，既鍛煉了動手能力，有培養(yǎng)了動腦能力，更加利于我們在社會上工作。 在這次的動手漢街的過程中我們又熟練了焊接工藝，在焊接過程中稍不小心哪怕只焊錯一個引腳、一根導線都會導致整個電路無法正常工作。首先要對電路進行合理的布局，元器件的放置不僅要考慮到美觀，還要考慮到要便于步線焊接。焊接時要膽大心細，因為一

20、點點的疏忽都可能導致最后的失敗。這次課程不僅培養(yǎng)了我們的動手能力，在相關材料的搜集過程中，不同設計方式和電路圖都有各自特點和相關要求，這些材料的整理和對比就花費了自己很多的精力。因為這些材料中的器件、芯片和工作方式等有很多是自己在課堂的學習中從來沒有遇到過的，我們必須利用一切方式查找到相關的資料，自學其相關的原理等。所設計電路的實際可行性、經(jīng)濟效益等也是在這次課程設計過程中必須要考慮到的問題。這些問題的解決是僅僅停留在書面上的作業(yè)所不能讓我們得到的。在這次的模擬電子技術設計課上，不僅培養(yǎng)了我們獨立思考、動手操作的能力，在各種其它能力上也都有了提高。更重要的是，在實驗課上，我們學會了很多學習的方

21、法。而這是日后最實用的，真的是受益匪淺。要面對社會的挑戰(zhàn)，只有不斷的學習、實踐，再學習、再實踐。這對于我們的將來也有很大的幫助。以后，不管有多苦，我想我們都能變苦為樂，找尋有趣的事情，發(fā)現(xiàn)其中珍貴的事情。就像中國提倡的艱苦奮斗一樣，我們都可以在實驗結(jié)束之后變的更加成熟，會面對需要面對的事情。在這次課程設計過程中,我把理論知識運用到實踐中去,真正做到了理論與實踐相結(jié)合,加深了自己對課本知識的理解和認識。對原來理論中學到的一些常用器件進行了實際運用大大的激發(fā)了我對科研的興趣，讓我受益非淺。在這次課程設計過程中我們是兩人一組的，加強了我的團隊精神。在后期的調(diào)試過程中遇到了很多困難，老師給予了極大的幫助，經(jīng)過自己的努力和他人的幫助設計的作品最終取得了